数字孪生世界建设核心能力:地理信息数据应用能力

地理信息数据是数字孪生的核心基础之一，它能够把真实世界的空间结构和关系映射到数字世界，包含了静态的地理元素和动态的时空变量，如道路、建筑、水系、交通流量、人口密度、环境质量等，它能够反映真实世界的时空特点和动态变化，为数字孪生进行分析、预测、优化提供依据。

在数字孪生应用的建设阶段，地理信息数据是数字孪生应用的输入，能够通过各种传感器和设备进行收集和传送，并通过云计算和大数据技术处理和存储，为数字孪生应用提供多方面、多层次、多来源的数据，并通过机器学习和算法进行智能分析。在数字孪生应用的展示阶段，地理信息数据是数字孪生的输出，它能够有效展示数字孪生的结果和效果，为用户进行决策、控制、反馈提供途径。

在实际数字孪生项目中，我们通常将GIS数据分为矢量数据和栅格数据。矢量数据用于表示地图上的点、线、面等几何要素和属性信息，例如道路、建筑物、地名等；栅格数据用于表示地图上的图像信息，例如卫星影像、地形图、天气图等。

1、矢量数据

矢量数据文件主要常见的数据格式有：GeoJSON、ShapeFile、TopoJSON、WKB/WKT（Well-known text）、KML/KMZ。其中在实际项目里最常见的GIS矢量数据文件格式是GeoJSON和ShapeFile。

1）GeoJSON

GeoJSON是一种基于JSON（JavaScript Object Notation）格式的地图矢量数据格式，它支持点、线、面等各种几何要素，同时也支持属性数据。在项目建设中常用于绘制行政边界、建筑、路网、河流水系等。

在EasyMap中可获取标准或自定义的行政边界数据，例如华东区（江苏省、安徽省、江西省、浙江省、上海市），下钻层级支持中国-省-市-区、县（不可下钻至乡镇街道）。

同时，EasyMap支持手动绘制或自动生成点、飞线、轨迹、面的要素数据。

说明：EasyMap数据来源为高德开放平台

2）ShapeFile

Shapefile是一种开放的地图矢量数据格式。它包含至少三个文件：.shp文件包含矢量几何数据、.shx文件包含索引信息、.dbf文件包含属性数据。项目建设中并不常直接使用shp数据，shp数据常作为源头数据裁剪处理或直接转换为GeoJSON使用。shp数据可在全国地理信息资源目录服务系统和OpenStreetMap中获取。

2、栅格数据

常见的GIS栅格数据是遥感影像（卫星影像/卫星照片），更广义的各种航拍的影像（照片）都是栅格数据。GIS中一些遥感应用的数据或空间分析、计算结果数据一般也都会以栅格数据的形式提供，栅格数据的大小根据数据空间范围和分辨率正成正比。

1）数字高程模型（DEM）

在山河数据的采集过程中，也同时能得到海拔高度信息，我们称之为高程数据。数字高程模型是指通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，目前获取数字高程模型的方式分为一下几种：摄影测量、地面测量、已有地形图数字化、已有的DEM库中提取。

2）数字表面模型（DSM）

数字表面模型是指用一组有序数值阵列表示地表物体表面高程的一种实体地面模型，一般特指那些特定比例尺系列、有着固定分幅范围的、全面表达地表面的地形、地物特征的地图。其内容特点是全面、均衡、不突出表达某种要素。一般包括：测量控制点、居民地、水系、交通、管线、地貌、植被等内容。

3）数字正射影像（DOM）

数字正射影像是指利用数字高程模型对扫描处理的数字化的航空像片/遥感影像（单色/彩色），经逐个象元进行投影差改正，再按影像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据。具有精度高、信息丰富、直观逼真、获取快捷等优点，DOM的制作原理是依据其特点应用专业的地理信息遥感软件对原始感遥影像经过辐射校正、几何校正后，消除各种畸变和位移误差而最终得到具有包含地理信息 和各种专题的卫星遥感数字正射影像地图。

3、常见地图坐标系

WGS84世界大地坐标系：它是美国国防制图局于1984年建立的，是GPS卫星星历的参考基准,也是协议地球参考系的一种。如果地图数据来源为MapBox、Cesium、OpenStreetMap，那么数据使用的坐标系基本为WGS84。

GCJ-02火星坐标系：由中国国家测绘局制订的地理信息系统的坐标系统。国内出版的各种地图系统必须至少采用GCJ-02对地理位置进行首次加密。如果地图数据来源为高德地图、腾讯地图，那么数据使用的坐标系为GCJ-02。

BD-09百度坐标系：在GCJ-02坐标系基础上再次加密，如果地图数据来源为百度地图，那么数据使用的坐标系为BD-09。

CGCS2000国家大地坐标系：根据国家测绘法规定，中国建立全国统一的大地坐标系统。如果地图数据来源为天地图，那么数据使用的坐标系为CGCS2000。测试下来与WGS84世界大地坐标系相差15cm左右，数值不准确，仅供参考。

4、在线地图服务

在线地图服务通常包含矢量数据和栅格数据两种类型的地图数据，可通过API接口调用嵌入。在线地图服务的矢量数据通常以矢量切片的形式提供，将地图数据分割成一系列小的矢量图块，以便在网页或移动设备上快速加载和显示。栅格数据通常以栅格切片的形式提供，将地图数据分割成一系列小的栅格图块。常见的在线地图服务提供商包括高德、百度、天地图、OpenStreetMap、Mapbox等。